JP2002504764A - 多層表示装置およびその表示装置で画像を表示する方法 - Google Patents
多層表示装置およびその表示装置で画像を表示する方法Info
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Abstract
Description
次元ビデオデータから奥行きを抽出してその表示装置に表示させる方法に関する
。
ては、ブラウン管(CRT)、液晶表示装置(LCD)、電界効果型表示装置(
field effect display (FED))、投射表示装置がある。これまで、二次元 表示装置において奥行きがあるかのように見せるために様々な工夫がこらされて
きた。それらの方法では、見る者の両目に別々の像を提示することにより、奥行
きがあるように見せている。
置(オートステレオスコピック・ディスプレイ(auto-stereo scopic displays ))である。 立体的表示装置は、一般的に、複合的な画像を用い、この複合的な画像は、見
る者が装着した眼鏡によって二つの画像に分離される。その眼鏡の各アイピース
は、ある特性の光パターンの通過を許容し、両方の目それぞれへ届くようにする
。これを達成する一般的な方法には、偏光板、シャッター付き眼鏡、回折格子、
多色レンズ、二つのスクリーンを持ち頭に装着される表示装置(dual screen he
ad mounted displays)の使用がある。
の立体像がレンズまたは光学的格子で揃えられて、見る者の両目それぞれの全体
に結像するようなレンズ構造を用いる。 これらの表示装置の大きな問題は、見る者の両目の間の距離に適合するように
立体像の収束を得ることができないことである。不正確な収束の下で長時間見る
ことは、空間感覚機能の失調や吐き気を催させる。また、たいていの自動立体的
表示装置の場合、使用されたレンズの焦点距離によって視野範囲が拘束される。
このため、単一のスクリーンを同時に見ることができる者の人数が制限され、従
来の自動立体的表示装置では、一人か二人しか同時に見ることはできない。一方
、従来の立体的表示装置では、観客全員が眼鏡を装着することが必要になる。さ
らに、これらの方法は、両方とも、見る者の動作があっても視差を認識するため
に、頭の位置を追跡する装置(head tracking device)の使用を必要とする。
214号)。これらの構想では、単一または複数の光源からの複数の反射像を用
いる。これらの構想における複数の反射像は、幽霊のような多層像を形成するが
、そのような多層像は通常の光条件では普通は見ることができない。
、通常、送信の間は圧縮されている。これらの圧縮アルゴリズムにおいては、連
続したフレーム相互の間のピクセル変化に基づいて圧縮するのが普通である。
を目的とする。 本発明のさらなる特徴や効果は以下の説明により明らかにされるが、その説明
は例示のためになされるに過ぎない。
案することを目的とする。 本発明によれば、選択的に透明になる多層のスクリーンによって奥行きが形成
される。各スクリーンは、一つの画像を見せることができる。各最前のスクリー
ンもまた透明になることが可能である。
されるべき別々のチャネルに振り分ける普通の圧縮アルゴリズムを用いながら、
本来の奥行きを設けるために選択的に透明になる多層のスクリーンを組み合わせ
ることにより、奥行きを持つ改善された表示装置を提供する。多層の技術の実行
は、従来技術における多くの問題を解決するという、目的を達成するために使用
されている。
て本発明を説明する。しかし、本発明に関して、選択的に像を見せ選択的に透明
になる他の種類のスクリーンを使うことができ、必ずしもLCDでなくてもよい
ことは、当業者には理解できるだろう。
て互いに平行に配置される。この距離は、スクリーンの大きさに応じた所望の奥
行きレベルに従う。典型的には、この距離は正面スクリーンの縦の長さの1/4
であるが、実際の距離は所望の効果に合わせて変更してもよい。また、スクリー
ンの間の距離は、効果を高めるためにリアルタイムで変更できるようにしてもよ
い。
も近いスクリーン(正面スクリーン)よりもいくらかの奥行きをもって後方にあ
るように見える。正面側スクリーン3における透明にされた部分によって、背景
側スクリーンに示された像を見ることが可能になる。 複数スクリーンを重ねるこの構造によって、多層に提示された像は、眼鏡やレ
ンズを使わなくても、見る者に本来の奥行きを与える。また、この構造は、頭の
位置を追跡する装置がなくても、見る者の動作があったときの視差を許容する。 この表示装置には、より大きな奥行きを与えるためにさらに層を加えてもよい
。
屈折層は、その前側に配置されたスクリーンのフルサイズにまで視野角を増すよ
うに光を曲げる。この屈折体は、平行面を持った光学的に透明なシートでもよい
し、例えばフレネルレンズのような他の形式のレンズでもよい。
れば、偏光源は背景側スクリーン側から発散されるようにしてもよい。これは、
非偏光なスクリーンの前に偏光シートを配置するか、LCDのような偏光出力装
置を背景側スクリーンに使用することで達成される。 背景側スクリーンから発散される偏光は、LCD構造の正面スクリーンの後方
の偏光板を除去したとしても、正面スクリーンが像を表示できるということにつ
ながる。背景側スクリーンが、正面側スクリーンに視認可能な像を形成するのに
必要な偏光を与えることができるからである。 LCD構造において偏光板の数を減らすことは、部品数の削減および表示の明
度の向上という利益につながる。
もはや正面側のスクリーンに現れなくなるだろう。偏光源と正面側スクリーンの
間に高い光拡散性の物体を配置すると、その偏光が遮られた部分では、正面側で
表示すべき像は見えなくなる。これは、正面側の像が拡散源の後方に通過してい
るのように見せるという効果をもたらす。この効果を向上させるため、拡散体が
像を持つようにしてもよい。 例えば、正面側のスクリーンが左から右へと移動する矢を表示する。その正面
側スクリーンと偏光板との間に、光拡散性物体に印刷されたリンゴの像がある。
拡散性物体によって偏光源が遮られた位置に矢がある時には、拡散性物体に印刷
されたリンゴに矢が命中したかのように見えるだろう。
ーン上の像を拡散し、無限の奥行きがあるかのように見せることができる。
CDの後ろ側の偏光角に揃うように、LCDの偏光板は整列しなければならない
。高い輝度が望まれる場合や、正面側の像が反転可能とされる場合には、そのよ
うな偏光板の整列は不要である。この場合には、反転した正面側の像は、反転し
ていないように見える(反転像の反転は無反転像だからである)。
めに、わずかに光を拡散する層を設けることが必要かもしれない。このことはさ
らに、偏光板を整列させる必要性をなくし、かつ視野角を広げるという効果も有
する。
信号は別々の発信源から送られてくるようにしてもよいし、単独の発信源からの
従来の信号から抽出されるようにしてもよい。 個別の発信源を用いた二層の表示装置では、背景は一つの信号として、正面側
は第二の信号として個別のスクリーンに送信される。例えば、背景像が山を有し
、正面像がその山の前を走り抜ける自動車を有することもできる。 個別の像の源は、複数の従来のカメラまたは三次元カメラで撮影して得ること
もできるし、ブルー・スクリーン(blue screen)、クロマ・キー(chroma key )、アルファ・チャネル(alpha channel)または産業的に普通に用いられるカ メラの組み合わせにより得てもよい。
縮アルゴリズムによって行うことができる。従来技術のビデオ圧縮アルゴリズム
は、データ送信の帯域の節約のために、通常は、連続するフレーム間のピクセル
変化を利用する。ビデオ圧縮アルゴリズムによるピクセル変化についてのデータ
は、各ピクセルの変化の量に基づく奥行きを抽出するのに使用できる。 圧縮された信号は、表示装置に送られ、ここで、ピクセル変化に基づいて信号
から各層へのビデオストリームが抽出される。 例えば、山を通過する自動車を示すような普通の動画像があるとする。カメラ
は固定されており、これにより、フレームにおいては、山が静止しているのに対
して自動車が視界を通過する。 かかる動画像では、自動車を示すピクセルは変化するが、山を示すピクセルは
一定のままである。従って、大きく変化するピクセル(自動車)は、正面側スク
リーンに割り当てられ、変化の少ないピクセル(山)は背景側スクリーンに割り
当てられるだろう。
いと理解すべきである。当業者には、他の非偏光表示装置でも要求に応じてある
種の偏光特性を持つように調節することはできるからである。 さらにまた、この発明の概要は、LCDだけでなく全てのスクリーンタイプを
含むものであることは当業者には容易に理解できる。スクリーンタイプに唯一求
められるのは、透明になることができる能力だけである。従って、本発明は、投
射、CRT、FED、LCDスクリーンを含み、かつそれらに限定されないと理
解すべきである。
う。ただし、説明は例示のためになされるに過ぎない。 以下、本発明の様々な好適な実施の形態について明らかにする。ここでは完全
な詳細が開示されるが、好適な実施形態の各特徴は単独で使われるだけでなく、
多層表示装置の一般的仕様を満足しつつ本発明の他の描写との組み合わせでも使
われうる。
せることにより、奥行きを持つ改良された表示装置を提供する。 簡単な多層像表示装置が図1に示されている。背景スクリーン1がいくらかの
距離2をもって正面側スクリーン3の後方に配置されている。LCDのようなあ
る種の表示装置では、バックライト4が必要とされることもありうる。各スクリ
ーンは、像5,6を示すことができる。正面側スクリーン6で表示された像は、
背景スクリーン5で表示された像よりも近くにあるように見える。
る。見る者8に送られる光7は線9において素材の屈折角(数字10で示す)で
曲げられて、後方スクリーンの端縁が視野角のどこからも見えないようになる。
もし光の屈折がないとするなら、後方スクリーンの端縁は数字11で示すように
90゜より小さいどの角度からでも見えてしまうだろう。 収差を最小限にするため、平行面を持った、光学的に透明な材料、例えばガラ
スまたはアクリルからなるシートを屈折体12として用いることもできる。かか
る屈折体は、背景スクリーン1よりも正面側スクリーン3が小さいサイズを持つ
ように制限するだろう。本発明の一つの好適な実施形態では、背景スクリーンの
端縁から135゜もの位置に、正面側スクリーンの端縁があるようにすることが
できる。
だし、フレネルレンズに限定されない。その実施形態では、両方のスクリーンは
レンズよりも小さいサイズを持つことになるだろう。
が図4に示されている。この層がないと、重なったスクリーン層におけるわずか
なピクセルパターンの相違が組み合わさることによって、干渉14が発生してし
まう。スクリーンの間にこの拡散層13を配置することにより、各スクリーンに
おけるピクセルパターンをわずかに拡散し、数字15で示すように干渉をなくす
ことができる。 あるいは、一方のスクリーンにおいてストライプのピクセルパターンを用い、
他方のスクリーンに45゜傾いたピクセルパターンを用いることにより干渉をな
くすことも可能である。
ン3,6の間の距離によって決まる制約ある本来の奥行きを持った表示装置をな
す。また、これは、選択的な光拡散体が追加されていることにより、無制限の奥
行きがあるかのように見せる。 背景スクリーン1の前方には偏光体シート17が配置されている。この偏光体
シート17は偏光源を形成する。あるいは、背景スクリーン1は偏光出力を持つ
LCDであってもよい。偏光体の前方には選択的な光拡散体18が配置されてい
る。拡散体18の前方には、屈折体8が配置されている。屈折体の前方には、後
方偏光体のようなものを持たないLCD16が配置されている。
は偏光を出力して、正面側スクリーン上の像が見えるようにする。 一方、選択的な拡散体18が光を拡散するように設定された場合には、後方ス
クリーンの偏光出力は拡散光に変換され、これにより正面側の像が見えなくなる
。
るような能力を持つことが望ましい。この好適な実施形態は図6に示されている
。この複合体は正面側スクリーンが不透明になる表示装置を提供する。この形態
では、後方スクリーン1の隣には屈折体12が設けられ、その隣には選択的な光
拡散体18が設けられ、さらにその隣には正面側スクリーン3が設けられている
。正面側スクリーン上の像が不透明になるように、拡散体18が光を拡散するよ
うに選択され、これにより、不透明になるように選択された部分の後方の部分で
光を拡散する。
上記技術の大部分のものを持っている。この表示装置は、三つの有限の奥行きの
平面を有している。そのうちの最前スクリーン19は、その後方にある選択的な
光拡散体18により選択的に不透明になる。中間LCDスクリーン16はその後
方に偏光体を持たないので無限の奥行きを有する。また、中間LCDスクリーン
16は、その動作に必要な偏光を拡散させるための、後方偏光体17の前方にあ
る選択的な光拡散体18の能力を有する。
スクリーン1に送信される。像20は正面側スクリーン3に送信される。 あるいは、ありふれたビデオ圧縮アルゴリズムで作成されたデータを用いて、
単一の像から別々のビデオ信号が抽出されるようにしてもよい。例えば、山の前
方を自動車が通り過ぎて行く動画の信号が一連のフレーム22として作成されて
送信される。このシーケンスは、ビデオ圧縮アルゴリズム23に供給される。ビ
デオ圧縮アルゴリズム23では、ピクセルの色、ピクセルの位置および連続する
フレームの間のピクセルの動きの量といったピクセルの性質を示す数値のシーケ
ンスに、像を変換する。
クリーン3に供給され、閾値Xより小さい変化値を持つピクセルが経路25を経
て背景スクリーン1に送られる。本形態(図8)では、自動車を表すピクセルは
高いピクセル変化量を持つので、正面側スクリーン3に送られ、山はXより小さ
いピクセル変化量を持つので背景スクリーン1に送られる。 当業者には容易に理解できることとして、出力を多様にするために、閾値およ
び閾値の許容差を調節することも可能である。さらに、二層を越える多層表示装
置では、複数の閾値を決めておいてもよい。
おいて奥行きを表示する方法を有しており、この表示装置は、見る者の動作があ
っても視差を許容し、本来あるべき収束を許容し、従来技術の表示装置を見る場
合の制限なしの広い視野角を許容する。 また、各部品は表示装置の奥行きを向上させ、単独または組み合わせにおいて
、従来技術の表示装置を改善することができる。当業者にとっては、請求の範囲
に記載の各請求項が様々な形式で組み合わせられることは自明である。 以上、本発明の様々な特徴を単なる例示のために説明したが、本発明の範囲に
おいて修正および追加が可能であることはいうまでもなかろう。
ある。
図である。
ーンを示す図である。
渉パターンに対する効果を示す図である。
図である。
図である。
法を示す図である。
Claims (21)
- 【請求項1】 多層像を用いる表示装置であり、各層は単独の表示装置また
は表示装置の組み合わせからできており、正面側にあるスクリーンは選択的に透
明にできる、表示装置。 - 【請求項2】 多層像を用いる表示装置であり、各層は単独の表示装置また
は表示装置の組み合わせからできており、層の間の屈折体により正面側にあるス
クリーンは選択的に透明にできる、表示装置。 - 【請求項3】 上記屈折体は、光学的に透明な材料から形成されており、像
の間に配置されていることにより、正面側の像がその後方にあるスクリーンの端
縁から45゜もの位置にある、請求項2に記載の表示装置。 - 【請求項4】 上記屈折体がフレネルレンズである、請求項2に記載の表示
装置。 - 【請求項5】 上記屈折体における、後方スクリーンに対面した側が光拡散
されている、請求項2または3に記載の表示装置。 - 【請求項6】 多層像を用いる表示装置であり、各層は単独の表示装置また
は表示装置の組み合わせからできており、正面側にあるスクリーンは選択的に透
明にでき、像の間のスペースはリアルタイムで調節可能である、表示装置。 - 【請求項7】 多層像を用いる表示装置であり、各層は単独の表示装置また
は表示装置の組み合わせからできており、正面側にあるスクリーンは選択的に透
明にでき、重ねられた層の間において像のピクセルの配列構造は、互いに45゜
の角度で交差している、表示装置。 - 【請求項8】 多層像を用いる表示装置であり、各層は単独の偏光表示装置
または偏光表示装置の組み合わせからできており、正面側にあるスクリーンは選
択的に透明にできる、表示装置。 - 【請求項9】 多層像を用いる表示装置であり、互いに対面している偏光板
は同じ偏光角で整列させられている、請求項8に記載の表示装置。 - 【請求項10】 偏光板が整列させられていない、請求項8に記載の表示装
置。 - 【請求項11】 多層像を用いる表示装置であり、各層は単独の偏光表示装
置または偏光表示装置の組み合わせからできており、正面側にあるスクリーンは
選択的に透明にでき、内部的に対面する複数の偏光板が除去されている、表示装
置。 - 【請求項12】 多層像を用いる表示装置であり、各層は単独の偏光表示装
置または偏光表示装置の組み合わせからできており、正面側にあるスクリーンは
選択的に透明にでき、内部的に対面する一つの偏光板が除去されている、表示装
置。 - 【請求項13】 多層像を用いる表示装置であり、各層は単独の表示装置ま
たは表示装置の組み合わせからできており、正面側にあるスクリーンは選択的に
透明にでき、わずかに光を拡散する層が背景の像の前に配置されている、表示装
置。 - 【請求項14】 多層像を用いる表示装置であり、各層は単独の偏光表示装
置または偏光表示装置の組み合わせからできており、正面側にあるスクリーンは
選択的に透明にでき、内部的に対面する一つの偏光板が除去されており、正面側
の像への偏光を遮るために導入された物体を有する、表示装置。 - 【請求項15】 正面側の像を不透明にするように光を拡散するのに用いら
れる選択的な光拡散体を有する、請求項8に記載の表示装置。 - 【請求項16】 選択的に光を拡散する層を有しており、この選択的に光を
拡散する層は偏光を遮ることにより、偏光を必要とする正面側の像を透明にする
、請求項12に記載の表示装置。 - 【請求項17】 多層像を用いる表示装置であり、各層は単独の表示装置ま
たは表示装置の組み合わせからできており、正面側にあるスクリーンは選択的に
透明にでき、2次元像から奥行きを抽出するデジタル式またはアナログ式の技術
を用いる、表示装置。 - 【請求項18】 多層像を用いる表示装置であり、各層は単独の表示装置ま
たは表示装置の組み合わせからできており、正面側にあるスクリーンは選択的に
透明にでき、2次元像から奥行きを抽出するデジタル式またはアナログ式の技術
を用い、この技術では、以前のフレームと次のフレームのピクセルの変化量が、
各スクリーンに割り当てるための奥行きの量を示す、表示装置。 - 【請求項19】 ピクセルの小群における焦点距離を表す量が各スクリーン
に割り当てるための奥行きの量を示す、請求項17に記載の表示装置。 - 【請求項20】 ピクセルの小群におけるシャープネスを表す量が各スクリ
ーンに割り当てるための奥行きの量を示す、請求項17に記載の表示装置。 - 【請求項21】 多層像を用いる表示装置であり、各層は単独の表示装置ま
たは表示装置の組み合わせからできており、層の間の屈折体により正面側にある
スクリーンは選択的に透明にでき、表示装置の構成要素は動画像のために製造さ
れた、表示装置。
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